人教版选修312.1　电源和电流　教学设计

1电源和电流教学分析学生在学习了第一单元的静电场后，对电场力做功、电势、电势能的概念已经有了较深刻认识，此刻不失时机地引导学生认识恒定电场，符合学生心理特点。教材利用学生已经学过的等势体上电荷的分布和转移情况，引导学生分析恒定电场形成的过程，并引出了电源和恒定电流的定义和物理意义。教师引导学生分析思考，这样更能激发学生的求知欲和学习物理的兴趣。能力发展目标1让学生明确电源在直流电路中的作用，理解导线中的恒定电场的建立。2知道恒定电流的概念和描述电流强弱程度的物理量电流。3从微观意义上看电流的强弱与自由电子平均速率的关系。4通过对电源、电流的学习，学生学会类比理解电动势，培养学生将物理知识应用于生活和生产实践的意识，勇于探究与日常生活有关的物理学问题。教学重点节点及突破重点理解电源的形成过程及电流的产生，会灵活运用公式计算电流的大小。本节课把电源与抽水机进行类比解决了电源的作用这个难点。教学方法与手段课堂教学中，采用教师引导学生分析，学生主动思考，师生共同总结或加以点评的方法，既能发散学生的思维，调动学生的积极性，活跃课堂气氛，又能减少学生学习物理的恐惧感。对于电源的作用这一难点通过类比的方法使学生更容易理解。教学媒体投影片，多媒体课件，电闪雷鸣的视频，静电图片，小灯泡发光的简单电路。知识准备1静电场的电场线，电势、电势差的有关知识。2初中电流的形成的有关知识。主要教学环节与事件：分任务、师生活动、设计说明。导入新课活动1教学任务：创设情景，导入新课。师生活动：【展示】雷鸣电闪的视频。【演示】小灯泡发光的实验。观察并小组讨论：为什么雷鸣电闪时，强大的电流能使天空发出耀眼的强光，但它只能存在于一瞬间，而电路中的小灯泡却能持续发光？通过现象对比，激发学生的求知欲。调动学生的学习积极性。结论：小灯泡电路中有电源。推进新课 活动2教学任务：电源的作用。师生活动：投影下面的图片思考与讨论：分别带正、负电荷的A、B两个导体球，如果用一条导线将它们连接起来，A、B之间的电势差会发生什么变化？最后，A、B两个导体球会达到什么状态？导线中能否出现电流？这个电流有什么特点？结论：最终A、B两个导体球会达到静电平衡状态，导线中的电流只能是瞬时的。思维拓展：如何使电路中有持续电流？类比：如图，水池A、B的水面有一定的高度差，若在A、B之间用一细管连起来，则水在重力的作用下定向运动，从水池A流动到水池B。A、B之间的高度差很快消失，在这种情况下，水管中只可能有一个瞬时水流。思考与讨论：怎样才能使水管中有源源不断的水流呢？结论：可在A、B之间连接一台抽水机，将水池B中的水抽到水池A中，这样可保持A、B之间的高度差，从而使水管中有源源不断的水流。思维拓展：电源的作用与抽水机相似就是把自由电子从正极搬迁到负极的装置，使得导体两端保持电势差(电压)，电路中就会有持续的电流。结论：电源能使电路中产生持续电流。活动3教学任务：导线中的电场师生活动：问题一：在有电源的电路中，导线内部的电场强度有何特点呢？投影(如图所示)介绍图中各部分的意义，取出图中方框中的一小段导线及电场线放大后进行研究，如图所示。讨论与交流：导线中的电场将如何变化，最终又会达到怎样的状态？参考解释：导线中的电场是两部分电荷分布共同作用产生的结果，其一是电源正、负极产生的电场，可将该电场分解为两个方向：沿导线方向的分量使自由电子沿导线做定向移动，形成电流；垂直于导线方向的分量使自由电子向导线某一侧聚集，从而使导线的两侧出现正、负净电荷。其二是这些感应电荷产生附加电场，该电场将削弱电源两极产生的垂直导线方向的电场，直到使导线中该方向合场强为零，而达到动态平衡状态。此时导线内的电场线保持与导线平行，自由电子只会在导体中定向移动。导线内的电场，是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。尽管这些电荷也在运动，但有的流走了，另外的又来补充，所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也稳定。结论：由稳定分布的电荷所产生的稳定电场称恒定电场。活动4教学任务：恒定电流师生活动：问题引导：在恒定电场中自由电荷会受到电场力的作用，而发生定向运动，从而形成电流，恒定电场中的电流有何特点呢？参考解释：由于恒定电场的作用，导体中自由电荷定向运动的速率增加，而在运动过程中会与导体内不动的粒子碰撞从而减速，因此自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化。如果我们在这个电路中串联一个电流表，电流表的读数保持恒定。总结与归纳：恒定电场中的电流是恒定不变的，大小方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。活动5教学任务：电流强弱的描述电流。师生活动：问题引导：如何表示恒定电流的强弱呢？电流的定义：物理上把通过导体横截面的电荷量q跟通过这些电荷量所用的时间t的比值称为电流。用I表示电流。电流定义式：I。单位：国际单位：安培(A)，1 A1 C/s。常用单位：毫安(mA)、微安(A)。电流的方向：规定为正电荷定向移动的方向。思维拓展：(1)电流是标量；(2)在金属导体中，电流方向与自由电荷(电子)的定向移动方向相反；(3)在电解液中，电流方向与正离子定向移动方向相同，与负离子定向移动方向相反。导电时，电荷量q表示通过截面的正、负离子电荷量绝对值之和。活动6教学任务：电流的应用。师生活动：出示标杆题组1在金属导体中，若10 s内通过横截面的电荷量为10 C，则导体中的电流为_；结论：电流等于通过导体横截面的_跟通过这些_所用的_的比值。2关于电流的方向，下列叙述中正确的是()A金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向B在电解质溶液中有自由的正离子和负离子，电流方向不能确定C不论何种导体，电流的方向规定为正电荷定向移动的方向D电流的方向有时与正电荷定向移动的方向相同，有时与负电荷定向移动的方向相同电流方向与正电荷定向移动的方向_，与负电荷定向移动的方向_。3某电解槽横截面积为0.5 m2，若10 s内沿相反方向通过横截面的正负离子的电荷量均为1 C，则电解液中的电流为_。在电解液中，电荷量是通过截面的正、负离子电荷量绝对值_。答案：1.1 A电荷量电荷量时间2C相同相反30.2 A之和活动7教学任务：电流的微观表达式。问题引导：在加有电压的一段粗细均匀的导体AD上选取两个截面B和C，设导体的横截面积为S，导体每单位体积内的自由电荷数为n，每个电荷的电荷量为q，电荷的定向移动速率为v。请你用以上物理量表示电流I。参考解释：在时间t内通过导体某截面的电荷量为：Q(vtS)nq所形成的电流为：IQ/tnqSv。标杆题1有一条横截面积S1 mm2的铜导线，通过的电流I1 A。已知铜的密度8.9103 kg/m3，铜的摩尔质量M6.4102 kg/mol，阿伏加德罗常数NA6.021023 mol1，电子的电荷量e1.61019 C。求铜导线中自由电子定向移动的速率。解：设自由电子在导线内定向移动的速率是v取一段导线(如图)导线左端的自由电子经过时间t到达右端自由电子从它的左端定向移动到右端所用的时间记为t，则这段导线的长度为vt，体积为vtS，质量为vtS。这段导线中的原子数为nNA可以认为铜导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子(一般条件下铜可视作一价元素)，则这段导线中的自由电子数目与铜原子的数目相等，也等于n。由于时间t内这些电子全部通过右端横截面，因此通过横截面的电荷量是qneNAe把这个式子代入I，得I从中解出v代入数值后得v7.5105 m/s。思维拓展：你认为计算出的电子定向运动速率与我们的生活经验是否相符？怎样解释？结论：电子的定向运动速率与导线中电场的速率不同。课堂巩固与反馈活动8课堂检测教学任务：形成性测试：学生独立完成。时间：5分钟。1下列叙述中正确的有()A导体中电荷运动就形成电流B电流的单位是安C电流是一个标量，其方向是没有意义的D对于导体，如果两端电势差不为零，则电流一定不为零2关于电流，下列说法正确的是()A根据I可知I与q成正比B如果在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等，则导体中的电流是恒定电流C电流有方向，电流是标量D电流的单位